Ceres (planeta enano)

Ceres, el cuerpo menor del sistema solar n.º 1, es un planeta enano y el objeto astronómico más grande del cinturón de asteroides, región del sistema solar que se encuentra entre las órbitas de Marte y Júpiter. Fue el primer asteroide descubierto, el 1 de enero de 1801, por Giuseppe Piazzi desde el Observatorio Astronómico de Palermo en Italia. Originalmente fue considerado un planeta, pero se catalogó como asteroide en la década de 1850 cuando se empezaron a descubrir otros objetos en órbitas similares. A comienzos del , tras la definición de «planeta», fue reclasificado en planeta enano, siendo además el único completamente dentro de la órbita de Neptuno. su diámetro de aproximadamente 945 km lo convierte en el 33.º objeto conocido más grande del sistema solar. Se estima que su masa es un tercio de la masa total del cinturón de asteroides, siendo el único objeto de dicho cinturón que ha alcanzado el equilibrio hidrostático.

Visto desde la Tierra, su magnitud aparente oscila entre 6,7 y 9,3; por lo tanto, es demasiado débil para ser observado a simple vista excepto en las oposiciones más favorables y bajo cielos muy oscuros. Como resultado, las características de su superficie son apenas visibles incluso con los telescopios más potentes, y poco se sabía sobre él hasta que la nave espacial robótica de la NASA Dawn se acercó a Ceres para su misión orbital en 2015.

Dawn descubrió que la superficie está compuesta de una mezcla de hielo de agua y diversos minerales hidratados como carbonatos y arcillas. Los datos de gravedad sugieren que el interior de Ceres podría estar diferenciado en un núcleo rocoso y un manto de hielo, y existir un océano bajo la capa de hielo. Aunque es probable que Ceres carezca de un océano interno de agua líquida, las salmueras todavía fluyen a través del manto exterior y llegan a la superficie, lo que permite que criovolcanes como el Ahuna Mons se formen aproximadamente cada cincuenta millones de años. Esto convierte a Ceres en el cuerpo criovolcánico conocido más cercano al Sol, y las salmueras proporcionan un hábitat potencial para la vida microbiana. 

En enero de 2014 se detectaron emisiones de vapor de agua de varias regiones de Ceres, creando una atmósfera tenue y transitoria conocida como exosfera, un hecho imprevisto en los grandes objetos del cinturón de asteroides y sello distintivo de los cometas.

Historia

Descubrimiento 

En los años transcurridos entre la aceptación del heliocentrismo en el  y el descubrimiento de Neptuno en 1846, varios astrónomos argumentaron que las leyes matemáticas predecían la existencia de un planeta oculto o desaparecido entre las órbitas de Marte y Júpiter. En 1596, el astrónomo teórico Johannes Kepler creía que las proporciones entre las órbitas planetarias se ajustarían al «diseño de Dios» sólo con la adición de dos planetas: uno entre Júpiter y Marte, y otro entre Venus y Mercurio.

Otros teóricos, como Immanuel Kant, se preguntaron si la brecha había sido creada por la gravedad de Júpiter; en 1761, el astrónomo y matemático Johann Heinrich Lambert cuestionó:

La idea de que un planeta frío desconocido existiera entre las órbitas de Marte y Júpiter fue sugerida por Johann Elert Bode en 1768. Sus consideraciones se basaban en la ley de Titius-Bode, una teoría propuesta por Johann Daniel Titius en 1766. De acuerdo con esta ley, la distancia al Sol de este planeta era de unos 2,8 ua —420 millones de km—. El descubrimiento por William Herschel de Urano en 1781 incrementó la creencia en la ley de Titius-Bode. En el congreso astronómico que tuvo lugar en Gotha, Alemania, en 1796, el francés Joseph Lalande recomendó su búsqueda. Entre cinco grupos de astrónomos se repartieron el zodíaco en la búsqueda del quinto planeta y, en 1800, varios astrónomos expertos encabezados por Franz Xaver von Zach combinaron sus esfuerzos y comenzaron una búsqueda metódica del planeta propuesto. Si bien no encontraron a Ceres, sí que descubrieron grandes asteroides.

Finalmente, Ceres fue descubierto el 1 de enero de 1801 desde un observatorio en Palermo (Italia) por Giuseppe Piazzi (1746-1826), sacerdote católico y educador, mientras trabajaba en la compilación de un catálogo estelar. El día 3 de enero el cuerpo se había desplazado un tercio de luna hacia el oeste. Hasta el 24 de enero no publicó su descubrimiento creyendo que se trataba de un cometa. El objeto fue cautamente anunciado por su descubridor en un primer momento como un cometa sin nebulosidad más que como un nuevo planeta. Después de que Piazzi perdiera de vista el nuevo cuerpo celeste debido a una enfermedad, Carl Friedrich Gauss logró hacer una predicción de su posición con la ayuda de un método recientemente desarrollado para determinar la órbita. Con él, von Zach pudo volver a encontrar a Ceres el 7 de diciembre de 1801. Por cierto, los cálculos de Gauss demostraron ser extremadamente fructíferos para casi todas las ramas de la ciencia, ya que fue el primero que utilizó el método de los mínimos cuadrados para el cálculo del ajuste. 

El elemento químico cerio (número atómico 58) fue descubierto en 1803 y tomó su nombre del planeta enano, que se había encontrado dos años antes.

En 1801, varios meses después del descubrimiento del «planeta enano», el conocido filósofo alemán Hegel publicó su tesis de habilitación De orbitis planetarum, en la que describía que el sistema solar solo podía tener siete planetas, lo cual contradecía la existencia de Ceres.

Nombre 
Piazzi lo bautizó como Ceres Ferdinandea por Ceres, la diosa romana de las plantas y el amor maternal y patrona de Sicilia, y por el rey Fernando IV de Nápoles y Sicilia, patrón de su obra. El apellido Ferdinandea se eliminó posteriormente por razones políticas. En Alemania por un tiempo se le llamó Hera, y en Grecia se le dice Deméter, como la diosa griega análoga a Ceres.

El símbolo astronómico de Ceres es una hoz (), similar al símbolo de Venus (). Antes existieron algunas variantes del símbolo de Ceres, incluyendo ,  y .

Clasificación 
Si bien Ceres fue considerado demasiado pequeño para ser un verdadero planeta y las primeras medidas presentaban un diámetro de 480 km, permaneció listado como planeta en libros y tablas astronómicas durante más de medio siglo, hasta la década de 1850, antes de que se encontraran otros muchos objetos similares en la misma región espacial. Ceres y ese grupo de cuerpos fueron denominados cinturón de asteroides. Muchos científicos imaginaron que serían los vestigios finales de un antiguo planeta destruido llamado Faetón, si bien actualmente se cree que el cinturón es un planeta en construcción y que nunca completó su formación.

En 2006 el debate sobre Plutón y la definición de planeta hizo que Ceres pudiese eventualmente ser reconsiderado como planeta. La primera propuesta de la Unión Astronómica Internacional para la definición de planeta habría implicado que Ceres pasara a ser el quinto planeta del sistema solar. Esa definición no fue aceptada, y el 24 de agosto de 2006 una definición modificada fue adoptada, pasando a ser clasificado como planeta enano.

Origen y evolución 
Ceres es posiblemente un protoplaneta (embrión planetario) superviviente de los primeros estadios de formación del sistema solar, originado hace 4570 millones de años en el cinturón de asteroides. A pesar de que la mayoría de protoplanetas del sistema solar interior —incluyendo todos cuerpos de tamaños entre la Luna y Marte—, o bien se fusionaron con otros protoplanetas para formar los planetas terrestres, o bien fueron expulsados del sistema solar por Júpiter, se piensa que Ceres ha permanecido intacto. Una teoría alternativa propone que Ceres se formó en el cinturón de Kuiper y más tarde migró al cinturón de asteroides. Otro posible protoplaneta, Vesta, cuyo radio es menos de la mitad que el de Ceres, sufrió un gran impacto después de solidificarse por el que perdió aproximadamente un 1 % de masa.

La evolución geológica de Ceres dependió de las fuentes de calor disponibles durante y después de su formación: la fricción de la acreción de planetesimales y la descomposición de los diferentes isótopos radiactivos (que posiblemente incluyen isótopos de corta duración como el aluminio-26). Ambos procesos se consideran suficientes para permitir, poco después de su formación, la diferenciación del interior en un núcleo rocoso y un manto de hielo. La diferenciación también puede haber causado la remodelación de la superficie a través de géiseres y movimientos tectónicos, borrando así las características geológicas más antiguas. Además, por su pequeño tamaño, se pudo haber enfriado muy pronto, lo que llevaría al rápido cese de todos estos procesos de remodelación geológica. El hielo de la superficie se habría sublimado poco a poco, dejando tras de sí diferentes minerales hidratados como arcillas y carbonatos.

En la actualidad, Ceres aparenta ser un cuerpo geológicamente inactivo con una superficie esculpida solo por impactos. La presencia de cantidades significativas de hielo de agua en su composición alimenta la posibilidad de que Ceres haya tenido o tenga una capa de agua líquida en su interior. Esta hipotética capa recibe a menudo la denominación de «océano». Si tal capa existiera, las hipótesis apuntan a que se encontraría entre el núcleo de roca y el manto de hielo, como el teórico océano de Europa. La existencia de un océano es más probable si los solutos (por ejemplo, las sales), el amoniaco, el ácido sulfúrico u otros compuestos anticongelantes estuviesen disueltos en el agua. o la presión fuese suficiente para albergar un agua salada, incluso salobre, similar a la que conocemos como albergadora de vida.

Órbita y rotación 

Ceres sigue una órbita entre Marte y Júpiter, en medio del cinturón de asteroides, con un periodo de 4,6 años. La órbita está moderadamente inclinada (i=10,6° comparada con los 7° de Mercurio y los 17° de Plutón) y moderadamente excéntrica (e=0,08° comparada con los 0,09° de Marte).

La imagen de la derecha ilustra las órbitas de Ceres (azul) y las de otros planetas (blanco/gris). Los segmentos de las órbitas por debajo de la eclíptica están en colores oscuros, y el signo (+) en naranja ubica al Sol. El diagrama superior izquierdo es una vista polar que muestra la localización de Ceres entre Marte y Júpiter. El diagrama superior derecho es una cercana demostración de las localizaciones del perihelio (q) y del afelio (Q) de Ceres y Marte. El perihelio de Marte está en oposición al Sol desde el de Ceres y de muchos de los grandes asteroides del cinturón de asteroides, incluyendo a (2) Palas e (10) Higia. El diagrama inferior es una vista en perspectiva mostrando la inclinación de la órbita de Ceres comparada con las de Marte y Júpiter.

En el pasado, Ceres era considerado como el mayor de una familia de asteroides (un grupo de elementos orbitales similares), pero estudios avanzados han mostrado que Ceres tiene unas propiedades espectrales diferentes de las de los otros miembros de la familia, y ahora este grupo es denominado como «familia de Gefion», nombrado con respecto al asteroide Gefion, siendo Ceres un accidental compañero sin un origen en común.

Ceres completa una rotación cada 9 horas, lo que hace que su día sea una de los más cortas del sistema solar. El eje de rotación de Ceres está inclinado 4° con respecto al plano de su órbita alrededor del Sol. Esto significa que gira casi perfectamente erguido y no experimenta variaciones estaciones según la latitud.

Características físicas 
 
Ceres tiene un diámetro de  y una superficie de ; como comparación, su superficie es equivalente a la de Argentina. Pese a sus reducidas dimensiones, se encuentra en equilibrio hidrostático, mostrando por tanto una forma casi esférica.

Atmósfera 
Hay indicios de que Ceres puede tener una atmósfera tenue de vapor de agua por la sublimación del hielo acuoso de la superficie.

El hielo acuoso superficial es inestable a distancias inferiores a 5 ua del Sol, por lo que se espera que se sublime si se expone directamente a la radiación solar. Puede migrar de las capas interiores a la superficie, pero se escapa al espacio en poco tiempo. Como resultado, es difícil detectar la vaporización del agua. A principios de los noventa del siglo XX fue posible observar agua escapando de las regiones polares, pero no ha llegado a demostrarse de forma inequívoca. Puede que sea posible detectar agua escapando en los alrededores de un cráter de impacto reciente o de las grietas de las capas subsuperficiales. Observaciones en ultravioleta de la sonda espacial IUE detectaron cantidades estadísticamente significativas de iones hidróxido cerca del polo norte, que son resultado de la disociación del vapor de agua por la radiación ultravioleta solar.

A principios de 2014, usando datos del observatorio espacial Herschel, se descubrió que había varias fuentes de vapor de agua en latitudes medias concentradas en una área de no más de 60 km de diámetro que emitían aproximadamente 1026 moléculas de agua por segundo (unos 3 kg). En comparación, Encélado y Europa emiten 200 y 7000 kg/s respectivamente. Dos potenciales regiones de fuentes, designadas Piazzi (123°E, 21°N) y región A (231°E, 23°N), se han observado en el infrarrojo cercano como áreas oscuras (la región A también tiene una área central brillante) por el observatorio W. M. Keck. Los posibles mecanismos para la liberación del vapor son la sublimación de aproximadamente 0,6 km² de hielo expuesto en la superficie, erupciones criovolcánicas resultantes del calor radiogénico interno o  la presurización de un océano subsuperficial debido al crecimiento de una capa superpuesta de hielo. La sublimación superficial debería ser más baja cuando Ceres se encuentra más lejos del Sol, mientras que las emisiones que se alimentan de procesos internos serían independientes de la posición orbital. Los escasos datos disponibles son más compatibles con el estilo de sublimación cometario.

Superficie 
Los indicios sugerían también que podría tener agua en forma de escarcha en su superficie y una gruesa capa de hielo sobre un núcleo rocoso. En 2014 se publicó la confirmación de que Ceres contiene agua en abundancia, expulsando al espacio hasta 6 kilos de vapor por segundo. El hallazgo fue realizado por investigadores de la Agencia Espacial Europea y la Universidad de Florida Central ayudándose del telescopio espacial Herschel.

Hay agua, o mejor, hielo de agua en la superficie del planeta. El descubrimiento fue posible gracias al espectrómetro italiano VIR, unido a la sonda Dawn, en órbita alrededor de Ceres desde marzo de 2015. Se observó la presencia de agua dentro de Oxo, un cráter recién formado con un diámetro de nueve kilómetros y es, actualmente, el único punto en el que se detectó.  Las nuevas imágenes detalladas de Ceres, obtenidas desde 385 km de altura, se han detectado algunos otros puntos que son de gran interés como, las áreas brillantes dentro del cráter Occator o la compleja composición de la superficie del cráter Haulani.

La observaciones de la superficie llevas a cabo por el instrumento VIR (espectrómetro de mapeo visible e infrarrojo) de la misión Dawn revela una distribución de la mineralogía de la superficie homogénea en una escala global. Los principales componentes son carbonatos, Mg-filosilicato, compuestos oscuros (posiblemente carbono y/o magnetita), arcillas amoniacadas y sales.

Observación y exploración

Observación 

Tras su descubrimiento, determinar el tamaño de Ceres no fue fácil; William Herschel (1802) estimó un diámetro de 259 km, mientras que Schröter (1811) afirmó un diámetro de 2613 kilómetros. Por otra parte la limitada capacidad de los telescopios de principios del  a menudo generaba un halo visual alrededor de Ceres, que fue interpretado como la atmósfera del planeta por Schröter. Algunas mejoras se produjeron en la segunda mitad del siglo con la difusión del catálogo estelar Bonner Durchmusterung en 1852 y con la introducción de distintas mejoras técnicas, como la fotometría en 1861, sin embargo la ausencia de un valor compartido para el albedo de Ceres provocó que las estimaciones propuestas para su diámetro continuaran siendo muy variables.

En 1895, Edward Emerson Barnard calculó el diámetro de Ceres en 781 ± 87 kilómetros, valor revisado en 1901 en 706 ± 86 kilómetros. Estos valores se tomaron como correctos en los cincuenta años siguientes. Nuevos trabajos de investigación, publicados en la década de 1960 y en la de 1970, propusieron nuevas estimaciones basadas principalmente en las mediciones fotométricas, que arrojaban entre 1020 y 1220 kilómetros, con una incertidumbre de unos 100 km. También se propusieron las primeras medidas de la masa de Ceres, superiores al valor aceptado hoy en día.

En 1982, Lutz Schmadel identificó el objeto 1899 OF con Ceres.

Una ocultación de una estrella por Ceres fue observada en México, Florida y a lo largo del Caribe el 13 de noviembre de 1984: con ello se pudo acotar el tamaño máximo y determinar, de un modo burdo, la forma del mismo (prácticamente esférico).

En 2001, el telescopio espacial Hubble fotografió Ceres. Las imágenes obtenidas eran de baja resolución, pero confirmaron que Ceres es esférico y mostraron un punto claro en su superficie, que fue interpretado como probablemente un cráter. El hipotético cráter fue apodado "Piazzi" por el nombre del descubridor de Ceres.

Ceres fue visible a finales de 2002 usando prismáticos.

Más recientemente, Ceres fue estudiado con el telescopio Keck. Usando óptica adaptativa, se logró una resolución de 50 km/píxel, sobrepasando los resultados del Hubble. El Keck fue capaz de distinguir dos rasgos grandes de albedo oscuro, probablemente cráteres de impacto. El mayor tiene una región central más brillante. "Piazzi" no era visible en las imágenes del Keck.

Exploración 
La NASA lanzó en septiembre de 2007 la misión llamada Dawn (en inglés, amanecer) para visitar Ceres y el asteroide (4) Vesta. Entró en la órbita de Vesta en julio de 2011, y lo observó durante poco más de un año. En septiembre de 2012 Dawn abandonó Vesta y tras un viaje de tres años, en marzo de 2015, llegó a Ceres, convirtiéndose así en la primera misión de exploración a un planeta enano, por delante de la misión New Horizons a Plutón. La información proporcionada por la sonda situó "Piazzi" en la proximidades del cráter Dantu, permitiendo observar otros accidentes de la superficie de Ceres como Ahuna Mons.

En 2015 se anunció el proyecto Ceres Polar Lander, vinculado a la NASA. Por su parte la Agencia Espacial China tiene entre sus proyectos el lanzamiento de una sonda a Ceres, que regresaría con muestras, pero la misión está prevista para la década de 2020.

Véase también 
 Lista de asteroides del (1) al (100)
 Cuerpo menor del sistema solar
 Colonización de Ceres

Referencias

Bibliografía

Enlaces externos 

 
 
 
 Ceres: ¿Un mundo embrionario? (13 de septiembre de 2005).
 Ceres observado por el Hubble.
 Ceres podría contener más agua que la Tierra (8 de septiembre de 2005).
 La nave espacial Dawn mostrará las diferencias entre los asteroides Vesta y Ceres.
 Imágenes de Ceres tomadas por el Hubble .
 Página de la Misión Dawn .
 Circunstancias de Descubrimiento: Planetas Menores Numerados

 
Asteroides del cinturón principal
Objetos astronómicos descubiertos por Giuseppe Piazzi
Objetos astronómicos descubiertos desde el Observatorio Astronómico de Palermo
Objetos astronómicos descubiertos en 1801
Wikiproyecto:Asteroides/Artículos de asteroides